چرا فرآیند رشد اپیتاکسیال (EPI) توسعه یافته است؟

1. زمینه: چرا ویفرهای سیلیکون کافی نیست؟

اولین مرحله در ساخت نیمه هادی ، بدست آوردن یک ویفر سیلیکون کریستالی تک - (معمولاً یک ویفر Czochralski با استفاده از روش CZ رشد می کند).
با این حال ، اگرچه این ویفرها کریستال های منفرد هستند ، اما سطوح آنها ممکن است نیازهای دقیق دستگاه برای خلوص ، چگالی نقص ، دقت دوپینگ و ساختار را برآورده نکند.
به خصوص در گره های فرآیند پیشرفته و دستگاه های عملکرد بالا- ، ایجاد مناطق فعال به طور مستقیم در ویفر اصلی محدودیت هایی را ارائه می دهد:
- اکسیژن زیاد در بخش عمده ویفر (سیلیکون CZ اغلب دارای رسوبات اکسیژن است) ، که بر طول عمر حامل دستگاه و نشت تأثیر می گذارد.
- مشخصات دوپینگ ویفر دقیقاً تنظیم نمی شود (به خصوص هنگامی که اتصالات کم عمق یا ساختارهای شیب لازم است).
- micro-} نقص هایی مانند جابجایی و خراش ممکن است روی سطح وجود داشته باشد ، که مستقیماً بر عملکرد تأثیر می گذارد.
- برخی از دستگاه ها به مواد ناهمگن احتیاج دارند (مانند SIGE ، GAAS- on - si ، و sic- on {{4} si)-}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} induciated با خود Wafer.

این نیاز به یک فناوری کنترل "تجدید حیات" قابل کنترل - فرآیند رشد اپیتاکسیال (EPI) دارد.

2. تعریف اصلی فرآیند EPI

Epitaxy به رشد یک فیلم نازک کریستالی تک - در یک بستر کریستالی تک- با همان جهت گیری کریستالی به عنوان بستر اشاره دارد.
این می تواند یا homoepitaxial (si on si) یا heteroepitaxial (sige on si ، gan on sic و غیره) باشد.
ویژگی های کلیدی:
لایه اپیتاکسیال ساختار شبکه بستر (جهت گیری کریستال و تراز) را "به ارث می برد" و از چگالی کمبود کم برخوردار است.
ضخامت قابل کنترل است (از چند نانومتر تا ده ها میکرون).
نوع دوپینگ ، غلظت و شیب را می توان دقیقاً مطابق با طراحی تنظیم کرد.

3. چرا از روند EPI استفاده می کنید؟

این را می توان از سه دیدگاه توضیح داد: عملکرد ، فرآیند و معرفی مواد جدید:

3.1 بهبود عملکرد
کاهش چگالی نقص
EPI می تواند یک "نقص - لایه رایگان" رشد کند که نقص بستر را از منطقه فعال جدا می کند ، از این طریق طول عمر حامل اقلیت را افزایش می دهد (به ویژه برای دستگاه های برق بسیار مهم است). بهینه سازی ساختارهای دوپینگ
Ultra - اتصالات کم عمق یا پروفایل های دوپینگ درجه بندی شده می تواند حاصل شود و باعث بهبود ولتاژ و ویژگی های هدایت می شود.
بهبود عملکرد الکتریکی
لایه های Epitaxial مقاومت بالا- مقاومت می توانند خازن انگلی را کاهش دهند (مناسب برای دستگاه های فرکانس {1} {بالا) ، در حالی که لایه های اپیتاکسیال ضخیم می توانند ولتاژ مقاومت در برابر دستگاه های برق را بهبود بخشند.

3.2 کنترل قابلیت فرآیند
انزوای دستگاه
با استفاده از یک لایه EPI مقاومت بالا- می تواند انزوا بین دستگاه ها را بهبود بخشد و متقاطع انگلی را کاهش دهد.
کاهش قفل - up
در CMOS ، لایه اپیتاکسیال می تواند تحریک ساختارهای تریستور انگلی را سرکوب کند.
ضخامت انعطاف پذیر
محصولات مختلف می توانند ضخامت EPI را در همان بستر (به ویژه در برنامه های قدرت ، آنالوگ و RF متداول) داشته باشند.

3.3 معرفی مواد جدید
مهندسی
Sige Epitaxy ، Sic Epitaxy و Gan Epitaxy همه از طریق EPI حاصل می شوند.
ادغام ناهمگن
در فوتونیک های سیلیکون ، MEMS و دستگاه های برق ، EPI می تواند برای رشد مواد III- V در سیلیکون استفاده شود. ساختارهای فوق العاده مانند HBTS و لیزرهای چاه کوانتومی نیاز به رسوب متناوب لایه هایی از مواد با شکاف های باند مختلف دارند که نیاز به EPI دارد.

4. انواع فرآیند EPI مشترک

5. چالش های فنی فرآیند EPI

نقص رابط: تطبیق شبکه بین لایه اپیتاکسیال و بستر به دقت بسیار بالایی نیاز دارد ، در غیر این صورت جابجایی ها ایجاد می شود.
مدیریت استرس: استرس بیش از حد در طول رشد هتروپیتاکسی می تواند باعث ایجاد پیچ ​​و خم یا ترک خوردگی شود.
کنترل دقیق دوپینگ: دامنه غلظت می تواند به 10 -10 -10 درجه سانتیگراد برسد ، با یک نیاز دقت 1 ٪.
یکنواختی ضخامت: ویفرهای بزرگ -} (300 میلی متر) نیاز به یکنواختی ضخامت دارند<1%.

6 خلاصه

فرآیند EPI پدیدار شد زیرا می تواند ویفر را برای ایجاد کیفیت بالا -}}} ، قابل طراحی ، کم- نقص و لایه سطح دوپینگ قابل کنترل ایجاد کند. این نه تنها طول عمر CMO های سیلیکون را گسترش می دهد ، بلکه مسیری را برای اجرای مواد جدید و ساختارهای دستگاه جدید فراهم می کند.
بدون EPI ، دستیابی به PMOS عملکرد بالا - امروز دشوار خواهد بود ، دستگاه های قدرت SIGE HBT و SIC/GAN.